基于马铃薯全粉的代餐粉冲溶特性和蛋白质营养评价

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(1.河西学院农业与生物技术学院,甘肃张掖 734000;2.甘肃省河西走廊特色资源利用重点实验室,甘肃张掖 734000;3.甘肃亚盛薯业集团有限公司,甘肃兰州 730030)

目前,我国马铃薯以鲜食为主,马铃薯加工制品形式和营养价值均较单一。据FAO统计,2014年我国马铃薯产量、种植面积均居世界首位[1-2]。自农业部提议推广马铃薯主食化后,预计到2020年超过一半的马铃薯将以主食的形式进入人们的生活[3-4]。要增加马铃薯在居民日常消费中的比例,必须结合消费习惯开发适合大众消费的加工产品,如马铃薯馒头、蛋糕、面包、饼干等日常消费产品[5-6]。开发即冲即食的马铃薯代餐粉可满足当今快节奏的饮食需要,符合我国人民生活习惯和现代化生活发展的要求。

幸宏伟等[7]将桔皮粉、燕麦粉、脱脂乳粉、木糖醇混合调配制得代餐粉,其中燕麦粉和脱脂奶粉占比分别为59%和4%左右。刘俭等[8]将红小豆和薏仁米烤熟后再添加沙棘果粉制得营养代餐粉。王乜田等[9]以煮熟的紫薯制得全粉为主料,辅以核桃粉、乳粉等制备紫薯代餐粉,且紫薯全粉和奶粉的占比分别为42%和8%左右。由此可见,代餐粉中添加营养和口感较好的乳粉较常见,但以马铃薯全粉和小米粉为主的代餐粉研究较少。

马铃薯全粉是马铃薯主食化的主要原料,工业化生产马铃薯全粉采用蒸汽脱皮、蒸制、制泥、滚筒干燥的工艺制得马铃薯熟粉,但随着贮藏时间延长,熟粉会转变为生粉。为简化代餐粉的加工工序,本研究以“大西洋”马铃薯全粉为原料,参考民间炒面和蒸面粉的方式预处理了马铃薯全粉以及黑谷籽和黄谷籽脱壳后磨得的小米粉,然后辅以张掖地产的红枣粉和杏鲍菇粉,制得马铃薯全粉和小米粉总量在90%以上的薯谷代餐粉,并考察了代餐粉的蛋白质营养价值,以期为马铃薯主食化的推广和加速马铃薯主食产业化的进程提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

马铃薯全粉(品种:大西洋)、黑小米(品种:丹谷1号)、红枣(品种:临泽小枣) 由甘肃亚盛薯业集团有限公司提供;黄小米 购于甘肃张掖金花寨有机小米合作社;杏鲍菇 购于张掖新乐超市。

GR85G型立式蒸汽灭菌器 赛飞(中国)有限公司;TGL-16C型台式离心机 上海安亭科学仪器厂;722型可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司;HD-200型高速多功能粉碎机 诸暨市海道机械股份有限公司;全温度振荡培养箱 太仓华美生化仪器厂;DHG-9246A型电热恒温鼓风干燥箱 上海玺袁科学仪器有限公司;BT1250型分析天平 北京赛多利斯天平有限公司;微量凯氏定氮仪 四川蜀牛玻璃仪器有限公司;L-8900 型氨基酸分析仪 日本日立株式会社。

1.2 实验方法

1.2.1 马铃薯全粉的预处理及代餐粉配比

1.2.1.1 马铃薯全粉的预处理 参考河西走廊民间制作炒面和蒸面粉的方式,对马铃薯全粉进行了三种方式的预处理,即:炒制处理是用电磁炉先将炒锅预热1 min左右,倒入马铃薯全粉翻炒10 min,闻到明显的烤马铃薯香味后,将粉倒出冷却后粉碎,过60目筛备用。蒸制处理是在蒸锅的篦子上铺三层纱布,待水沸腾后往纱布上倒马铃薯全粉,然后用纱布将全粉包裹,常压蒸90 min后能闻到明显煮马铃薯的香味,然后将纱布包裹着全粉拿出锅,若有湿水的粉块马上挑出,冷却后粉碎,过60目筛备用。高压处理是将马铃薯全粉装入三角瓶中,瓶口加棉塞并用三层纱布包扎,在121 ℃保温30 min,冷却后粉碎,过60目筛备用。对照组是将马铃薯全粉粉碎,过60目筛,备用。

1.2.1.2 不同配方马铃薯全粉代餐粉的制备 将所需薯粉和谷粉采用1.2.1.1蒸制的预处理方法处理后备用;红枣粉和杏鲍菇粉是将去核的红枣以及新鲜杏鲍菇切片后冷冻干燥,粉碎过60目筛后备用。总结课题组之前制作代餐粉的经验,为使代餐粉的口感和风味能更好地让品尝者接受,将马铃薯全粉的比例控制在65%～70%之间,小米粉的比例控制在20%～25%,考虑到平衡代餐粉氨基酸的要求,添加适量杏鲍菇粉或红枣粉,所有原辅料按表1所示配比混合,然后用万能粉碎机打粉,过120目筛即得代餐粉成品。

1.2.2 冻融稳定性测定 马铃薯全粉或代餐粉冲调后在低温下的稳定情况以冻融稳定性进行表征。参照文献[10],称取1.0 g全粉或代餐粉于49 mL蒸馏水中,沸水浴加热30 min后，在-18 ℃条件下冷冻12 h,常温自然解冻12 h后,以3000 r/min离心15 min,量取上清液体积。以析水率表示,计算公式如式(1)所示:

式(1)

1.2.3 慢消化淀粉(SDS)含量测定 参照文献[11-12]中的方法,准确称取样品200 mg加入15 mL pH6.9磷酸盐缓冲液和10 mL猪胰α-淀粉酶(290 U/mL),在摇床上以37 ℃ 100 r/min振荡水解10 h,水解液采用DNS法测定,慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)计算公式如式(2)所示:

式(2)

表1 马铃薯全粉代餐粉的配比Table 1 The ratio of meal powder based on potato flour

注:其他指将胡萝卜、苹果和梨去不可食部分后冷冻干燥粉碎与食盐以15∶2∶2∶1比例制得的混合物。

式中:A为样品水解1 h产生葡萄糖的量(mg);B为样品水解10 h 产生葡萄糖的量(mg);C为总样品量(mg)。

1.2.4 溶胀度测定 参照文献[13]方法,称取1.0 g样品,配制成20 g/L的溶液,置于55 ℃的水浴锅中加热30 min,并不时振荡,待冷却至20 ℃左右后,以3000 r/min于20 ℃离心15 min,上清液和沉淀均在105 ℃条件下烘干至恒重,上清液烘干后质量为a g,沉淀烘干后质量为b g,则溶解度(S)和膨胀度(P)的计算公式如式(3)、(4)所示:

S(%)=a×100

式(3)

式(4)

1.2.5 冲调特性测定 参照文献[14]方法,称取5.0 g代餐粉加入75 mL沸水中冲成糊,静置5 min,用120目筛网过滤,冲洗结块物,于95 ℃烘干至恒重,得结块物质量。取20 mL滤液,沸水浴20 min,冷却后取5 mL稀释5倍,以A600透光率作为对照即A对照,另取5 mL未经加热的滤液稀释5倍,以A600透光率为A样品。冲调性得分计算如公式(5)所示:

式(5)

1.2.6 蛋白质和氨基酸含量测定 蛋白质含量的测定:参照GB/T 5009.5-2016食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定的微量凯氏定氮法[15]。

氨基酸含量的测定:参照GB/T 5009.124-2016食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定的氨基酸分析仪法[16]。

1.3 氨基酸评价指标及计算公式

参照氨基酸比值系数法[17-18],按式(6)～(11)式分别计算氨基酸比值(RAA)、氨基酸比值系数(RCAA)、氨基酸比值系数分(SRCAA)、必需氨基酸指数(EAAI)、生物价(BV)和营养指数(NI)。

式(6)

式(7)

式(8)

式(9)

BV=1.09×EAAI-11.7

式(10)

式(11)

1.4 数据处理

采用SPSS 17.0软件进行数据分析,以Duncan进行显著性检验,以P<0.05为显著性检验标准,用OriginLab 8.0软件进行做图。

2 结果与分析

2.1 预处理方式对马铃薯全粉冲溶特性和SDS含量的影响

Chung等19]认为韧化处理(Annealing,ANN)和湿热处理(Heat-moisture treatment,HMT)能够显著降低原淀粉颗粒中的SDS含量。Mishra等[20]通过研究发现,经过蒸煮糊化后的马铃薯淀粉中的SDS含量明显增加,由此考察了不同预处理方式对马铃薯全粉的粉质特性和SDS含量的影响,结果如图1所示。

由图1可见,不同预处理方式对马铃薯全粉冲溶特性的影响不同。炒制和高压处理后马铃薯全粉的析水率较高,分别达到了45.93%和45.85%,与对照的马铃薯全粉析水率差异不显著,但蒸制处理的马铃薯全粉析水率最小,为30.74%,与炒制和高压处理后的马铃薯全粉的析水率差异显著(P<0.05),表明炒制和高压处理后马铃薯全粉的冻融稳定性变差,而蒸制处理后马铃薯全粉冻融稳性相对较高。蒸制与对照、炒制和高压处理的马铃薯全粉的溶解度差异显著(P<0.05),且为最高,达到了36%,即蒸制处理提高了马铃薯全粉的溶解性。蒸制处理后马铃薯全粉SDS含量达到了21.59%,与对照马铃薯全粉SDS含量17.22%,两者差异显著(P<0.05),即蒸制处理可以提高马铃薯全粉慢消化淀粉SDS含量。湿热处理是改变淀粉物理化学性质的一种常用方法。

表2 代餐粉原辅料的粗蛋白含量(干基,%)Table 2 The crude protein content of raw materials of potato meal powder(dry base,%)

注:小写字母表示组间在0.05水平下比较,差异显著(P<0.05)；表3同。

Halvorsen[21]认为,经过热蒸可提高薯类的抗氧化能力。经湿热处理后,淀粉的颗粒形貌、晶体性质、糊化特性等都会发生变化[22]。由此可得,蒸制处理后马铃薯全粉的溶解度、膨胀度、SDS含量和析水率分别可达33.79%、20.01%、21.59%和30.74%,蒸制处理使马铃薯全粉的溶解度、膨胀度和SDS含量提高,但析水率有所降低。

综上所述,蒸制处理的方法可使马铃薯的粉质特性有所改善,并提高了全粉中SDS的含量。由此,确定常压蒸制处理为代餐粉制备中马铃薯全粉和小米粉的预处理和熟化方式。

2.2 不同配方马铃薯全粉代餐粉的冲溶特性和SDS含量分析

参照方法1.2.1.2,结合表1代餐粉的配比,制备得到即冲即食的以马铃薯全粉和小米粉为主的薯谷类代餐粉,并考察了不同配比的代餐粉的冲调特性和SDS含量,结果如图2所示。

图2 代餐粉的冲溶特性和SDS含量Fig.2 The fast dissolubility and SDS content of potato meal powder

由图2可见,1～7号代餐粉的溶解度均大于28.8%,且无显著性差异。除2号代餐粉的膨胀度为28.72%略高外,其余代餐粉的膨胀度在25%左右,无显著性差异。3～7号代餐粉的SDS含量差异不显著,但均大于22%。1号和6号代餐粉的析水率达到了30%以上,与其余代餐粉的析水率差异显著(P<0.05)。1～7号代餐粉的冲溶性得分最高的为4号代餐粉,达到了71.88%,且与其他代餐粉的差异显著(P<0.05),冲溶性得分最低的为2号代餐粉仅为49.37%,且与其他代餐粉的差异显著(P<0.05)。由此可得,就冲溶特性而言,4号代餐粉最好,得分达到了71.88%,其次为3号、6号和7号代餐粉,2号代餐粉的冲溶特性最差。

结合图1、图2可见,1～7号代餐粉中溶解度虽较蒸制的马铃薯全粉略有降低,但膨胀度均有所提高,SDS含量和析水率差异不大,由此可见,辅料对代餐粉的冻融稳定性和慢消化淀粉SDS的含量影响不大,虽代餐粉较马铃薯全粉溶解度降低了,但代餐粉的膨胀度提高了。4号代餐粉在过120目粒径的冲溶性得分最高达到了71.88。程杰顺[14]认为120目颗粒冲溶粉的冲溶性得分达到70左右即可达到现冲调粉的要求。

综上所述,马铃薯全粉比例为65%、黄小米为20%、黑小米为5%、红枣粉为5%(4号)的代餐粉的溶解度、膨胀度、析水率、SDS含量分别为29.9%、25.10%、24.9%、27.0%,即综合冲溶性略好,且采用将马铃薯全粉和小米粉蒸熟后与其他辅料按一定比例混合后再打粉的方式制得的代餐粉,冲溶性得分达到了71.88,能够达到即冲即食冲调粉的要求。

2.3 马铃薯全粉代餐粉的蛋白质营养评价

2.3.1 马铃薯全粉及代餐粉的粗蛋白含量比较 营养学理论认为,蛋白质的营养价值与蛋白质的氨基酸组成密切相关。由此,考察了代餐粉及其原辅料的粗蛋白含量,结果如表2、表3所示。进一步考察了代餐粉氨基酸的组成,且以FAO/WHO模式氨基酸为标准进行了代餐粉蛋白质营养价值的综合评价,结果如表4～表7所示。

表3 马铃薯代餐粉的粗蛋白含量(干基,%)Table 3 The crude Protein content of potato meal powder(dry base,%)

注:EAA指必需氨基酸;TAA指总氨基酸;NAA指非必需氨基酸。

由表2可见,在代餐粉原辅料中,马铃薯全粉和黑小米的蛋白质含量差异不显著,分别为6.32%和6.73%;杏鲍菇粉的蛋白质含量最高,达到了27.86%,与其他原辅料的蛋白含量差异显著(P<0.05);辅料中蛋白质含量最低的为红枣粉,仅为3.11%。

由表3可见,除7号代餐粉外,1号和6号代餐粉与其他代餐粉的粗蛋白含量差异不显著,但3号代餐粉与2号、4号、5号和7号代餐粉的粗蛋白含量差异显著(P<0.05)。7号代餐粉的粗蛋白含量最高达到了9.10。2号、4号和5号代餐粉的蛋白质差异不显著,含量分别为5.61%、5.88%和5.61%。

综上所述,马铃薯全粉的粗蛋白为6.32%,杏鲍菇粉粗蛋白含量为27.86%,且因代餐粉以全粉占比最高,由此不同配比代餐粉因为杏鲍菇粉比例的增加会增加粗蛋白的含量,如7号代餐粉中杏鲍菇粉占比为1%,其粗蛋白高达9.10%,其余代餐粉的杏鲍菇粉占比在0.1%及以下,其粗蛋白含量均在5.61%～6.52%之间。

2.3.2 马铃薯全粉及代餐粉氨基酸分析 食物蛋白质的营养价值取决于氨基酸的组成和比例,氨基酸的比例越接近FAO/WHO的推荐模式,则其蛋白质的营养价值越高。由表4可见,马铃薯全粉EAA/TAA值为35%,EAA/NAA值为0.53。2号、7号代餐粉的EAA/TAA和EAA/NAA值均较低,分别为34%、33%和0.51、0.49。1号代餐粉的EAA/TAA值与马铃薯全粉的持平为35%,4号和5号代餐粉的EAA/TAA和EAA/NAA虽未完全达到FAO/WHO提出的理想蛋白质条件,但较马铃薯全粉的这两项比值均有所提高。由此可得,采用不同辅料配制的代餐粉中EAA在TAA和NAA的占比均有所提高,使代餐粉较蒸制马铃薯全粉的蛋白质营养价值有所提高,且4号和5号代餐粉的EAA/TAA和EAA/NAA分别达到了37%、37%和0.59、0.58,与FAO/WHO提出的理想蛋白质的模式较接近。

2.3.3 马铃薯全粉及代餐粉的必需氨基酸分析 RCAA是样品氨基酸与FAO模式氨基酸相当量的比值,若该比值越接近1,则其模式越接近推荐模式,大于1或小于1都表示偏离了氨基酸推荐模式。SRCAA值是以各种氨基酸偏离氨基酸模式的离散度来评价蛋白质的质量,其接近100为理想值。由此考察了马铃薯全粉以及1～7号代餐粉的RCAA和SRCAA值,结果如表5所示。

表5 代餐粉的氨基酸评分Table 5 The amino acid score of potato meal powder

注:小写字母表示组间在0.05水平下比较,差异显著(P<0.05)。

表6 代餐粉必需氨基酸RCAA的统计分析Table 6 The statistical analysis of the essential amino acid RCAA of potato meal powders

由表5可见,马铃薯全粉和代餐粉的SRCAA有显著差异(P<0.05),且马铃薯全粉的SRCAA值最低,为64.81。2～4号代餐粉的SRCAA值差异不显著,但较其余代餐粉的SRCAA值高,分别为83.62、83.97和83.47。5～7号代餐粉的SRCAA分别为81.02、83.01和68.93,三者之间有显著差异(P<0.05)。马铃薯全粉中蛋氨酸+半胱氨酸的RCAA值最低为0.51,其次酪氨酸+苯丙氨酸的RCAA值为0.64。2号和3号代餐粉蛋氨酸+半胱氨酸的RCAA值较低,分别为0.68和0.79,且酪氨酸+苯丙氨酸的RCAA值分别为1.23和1.20。4号代餐粉中赖氨酸的RCAA值最低为0.83,但蛋氨酸+半胱氨酸的RCAA值达到了0.88。由此可得,马铃薯全粉的第一限制氨基酸为蛋氨酸+半胱氨酸,马铃薯全粉的第二限制氨基酸为酪氨酸+苯丙氨酸,这与Peksa A等[23]的结论一致。本实验中马铃薯全粉的蛋氨酸+半胱氨酸的RCAA为0.51,赖氨酸的RCAA为0.76,这与赵凤敏等[24]认为不同品种马铃薯氨基酸相对于FAO/WHO的贴近度为0.83～0.92,有一定差异,可能是与Peksa A等[23]认为的马铃薯中氨基酸含量受生长环境、土壤肥力影响较大有关。

综上所述,1～7号代餐粉必需氨基酸的含量和比例较马铃薯全粉更合理,除7号代餐粉的SRCAA值为68.93外,其余代餐粉的SRCAA均在80以上,且4号代餐粉的RCAA值在0.83～1.20之间,与FAO/WHO推荐必需氨模型的符合程度较好。

由表6可见,1～7号代餐粉必需氨基酸的RCAA平均值最高的是酪氨酸+苯丙氨酸,为1.273,最低的是半胱氨酸+蛋氨酸,为0.794,且RCAA值的标准偏差在0.09～0.23之间,变异系数的大小顺序为:缬氨酸>赖氨酸>酪氨酸+苯丙氨酸>半胱氨酸+蛋氨酸=苏氨酸>亮氨酸>异亮氨酸,变化范围为0.8%～5.3%。由此可得,1～7号代餐粉在配制后较马铃薯全粉而言,缬氨酸的RCAA变化较大,其次为赖氨酸,其余必需氨基酸的RCAA变化不大。

2.3.4 代餐粉的蛋白质营养评价 EAAI指样品蛋白质与FAO/WHO模式蛋白的接近程度,以接近100为最理想值。BV是指蛋白质被吸收后在机体内被利用的程度。由于SRCAA、EAAI、BV、NI四个指标均可从不同程度评价蛋白质的营养价值,对1～7号代餐粉的上述四个指标进行了spearman’s rho相关性分析,结果如表7所示,且进一步考查了马铃薯全粉代餐粉SRCAA、EAAI的变化,结果如图3所示。

表7 代餐粉必需氨基酸评价指标及相关性分析Table 7 Evaluation indexes and correlation analysis of essential amino acids in potato meal powder

注:同列字母不同，表示具有显著差异(P<0.05);**代表极显著相关(P<0.01);*代表显著相关(P<0.05)。

由表7可见,1～7号代餐粉的EAAI、BV、NI值有差异。5号代餐粉的EAAI和BV值最高,达到了72.04和66.83,且1～3号代餐粉的EAAI和BV值差异不显著,分别在55.69～57.11和49.00～50.55之间。7号代餐粉的NI值为最高,达到了5.61,1～3号代餐粉的NI值差异显著(P<0.05),在3.08～3.68之间;4～7号代餐粉的EAAI、BV、NI值均较马铃薯全粉有所提高。

进一步由表7可见,1～7号代餐粉SRCAA、EAAI、BV、NI的四个指标中,EAAI与BV呈极显著性正相关(P<0.01),相关系数达到了1,而EAAI与NI以及NI与BV均呈显著性正相关(P<0.05),且相关系数均为0.739;SRCAA与其余三个指标的相关性不显著。1～7号代餐粉的SRCAA与BV的相关系数仅为0.393,但朱圣陶认为SRCAA与BV数值较接近[17],这与本研究结果不一致。2～4号代餐粉的SRCAA值较大且差异不显著,但三者的EAAI值差异显著(P<0.05);6号与4号代餐粉的SRCAA差异不显著(P>0.05),但两者的EAAI值差异显著(P<0.05)。

图3 代餐粉的EAAI和SRCAA指标Fig.3 EAAI and SRCAA indicators of potato meal powder

由图3可见,2～4号代餐粉的SRCAA值较大且差异不显著,但三者的EAAI值以4号代餐粉的最高为68.34。6号与4号代餐粉的SRCAA差异不显著,分别为83.01和83.47,但两者的EAAI差异显著(P<0.05),分别为70.07和68.34。2号和3号代餐粉的SRCAA、EAAI值差异不显著,7号代餐粉的SRCAA与EAAI值均最小的。

由此,采用SRCAA、EAAI、BV、NI四个指标中的任意指标评价马铃薯全粉代餐粉蛋白质的营养价值可能不够全面。虽SRCAA与EAAI、BV、NI三个指标相关性不显著,但EAAI与BV呈极显著性正相关(P<0.01),EAAI与NI呈显著性正相关(P<0.05),且NI与BV也呈显著性正相关(P<0.05)。陈建超等[25]综合了蛋白质的化学评分、SRCAA、EAAI比较了野生宽鳞多孔菌与香菇和杏鲍菇的蛋白质营养价值,表明野生宽鳞多孔菌的营养价值应该在香菇之下,杏鲍菇之上。陈巧玲等[26]采用EAAI结合AAS、RCAA分析了5种常见食用菌的蛋白质营养价值。张金振等[27]认为,采用不同蛋白质营养评价指标对不同植物源到的蜂花粉品种的蛋白质进行营养评价结果会有所差异,应该通过蛋白质含量、化学评分、EAAI、SRCAA、BV和NI值综合评价。

综上所述,1～7号代餐粉中,在马铃薯全粉比例65%～70%的前提下,将黄小米的比例控制在15%～20%,相应的黑小米粉比例为5%～10%,杏鲍菇粉的比例为0.05%～0.1%的代餐粉(如4～6号),则代餐粉必需氨基酸的SRCAA和EAAI的综合评价较好,代餐粉蛋白质的营养评分较高。

3 结论

蒸制处理可使马铃薯全粉的溶解度和SDS含量提高,且冻融稳定性增加。4号代餐粉较其他代餐粉的综合指标略好,溶解度、膨胀度、析水率、SDS含量以及冲溶性得分分别为29.9%、25.10%、24.9%、27.0%、71.88。除7号代餐粉粗蛋白含量较高达到了9.1%外,其余代餐粉粗蛋白含量差异不大,在5.61%～6.52%之间。4号和5号代餐粉的EAA/TAA和EAA/NAA比值分别达到了37%、37%和0.59、0.58,与FAO/WHO提出的理想蛋白质条件最为接近。且4号代餐粉的RCAA值在0.83～1.20之间,与FAO/WHO推荐必需氨基酸模型比例符合程度较好。采用SRCAA与EAAI两个指标结合EAA、TAA和NAA来综合评价代餐粉蛋白质的营养价值较为客观。综合评价不同配方代餐粉蛋白质的营养价值表明,控制马铃薯全粉比例65%～70%的前提下,将黄小米的比例控制在15%～20%,相应的黑小米粉比例为5%～10%,杏鲍菇粉的比例为0.05%～0.1%的代餐粉蛋白质营养价值较好。